4 ISOLAMENTO TERMICO
4.4 Applicazioni di aerogel a base di silice
Tradizionalmente utilizzato nell'industria aerospaziale, l’aerogel a base di silice è un materiale con molte proprietà particolari, tra le quali la più importante consiste nel suo effetto isolante, presentando un grande vantaggio: un alto rapporto prestazione/spessore.
In questo studio sono stati considerati due diversi tipi di materiali a base di aerogel di silice, uno per l'isolamento interno della muratura, il secondo per l'isolamento esterno.
Nella maggior parte dei casi studiati, il materiale isolante a base di aerogel mostra migliori prestazioni rispetto ad altri materiali isolanti.
Gli aerogel a base di silice sono materiali termoisolanti altamente porosi realizzati in nanoparticelle di silice amorfa (Pierre A. C. Rigacci A., 2011). Tuttavia, gli aerogel puri a base di silice sono fragili, con basso modulo meccanico, che impedisce un uso appropriato nel settore dell'edilizia. Realizzare materiali compositi di aerogel combinando fibre con una miscela pre-gel di un precursore di gel o impregnando una rete di fibre di tale miscela sembra essere un modo promettente per migliorare le proprietà meccaniche di tali materiali. In seguito all’essiccazione, il composto risultante viene chiamato aerogel blanket. L’aerogel blanket è rinforzato meccanicamente, è flessibile e ha una conducibilità termica fino a 0,015 W.m-1. K-1 (valore inferiore a quello dell'aria!)
Gli aerogel blankets sono chiamati materiali super isolanti e sono annoverati tra i nuovi materiali termoisolanti ad alte prestazioni per applicazioni edilizie. Le loro prestazioni termiche sono da due a cinque volte migliori dei materiali isolanti convenzionali (ad esempio lana organica, schiume polimeriche ...) ma non sono ancora competitive nel mercato dell'isolamento edilizio.
L'utilizzo di materiali super isolanti è comunque utile per esigenze di isolamento molto specifiche o in aree in cui esso può offrire un vantaggio di costo grazie ad un effettivo di risparmio di spazio.
Miscelare granuli di aerogel con malta è un altro modo per utilizzare l'aerogel come un sistema di isolamento termico, come si può vedere in uno studio sulle prestazioni termiche di muri esterni ricoperti con un strato di isolamento a cappotto con aerogel a base di silice, recentemente brevettato [18]. Si tratta di una malta leggera che può essere infatti applicata sulla superficie esterna di un edificio per produrre un rivestimento termicamente isolante a cappotto.
Il cappotto è costituito da un legante idraulico minerale o organico, un isolante riempitivo costituito da granuli di aerogel a base di silice, un riempimento strutturale e alcuni additivi. I granuli di aerogel sostituiscono in qualche modo la sabbia utilizzata nella malta convenzionale.
La malta è preparata industrialmente come una composizione secca mescolando tutti i componenti sopra menzionati e quindi la miscela viene immagazzinata in sacchetti e trasportata al sito per l'uso. Il rivestimento ha una conducibilità termica di 0,027 W.m-1. K-1 e una densità di 200 kg.m-3 alle condizioni ambientali di utilizzo.
4. ISOLAMENTO TERMICO
Influenza dello spessore sulla quantità di calore dispersa attraverso le pareti
Fig. 4.2 - Riduzione della dispersione termica in funzione dello spessore dell'aerogel Un criterio che potrebbe essere utile per analizzare il comportamento della struttura dell’edificio è la dispersione di calore attraverso le pareti (in questo caso non viene presa in considerazione l'infiltrazione, la ventilazione di ponti termici, ecc., che rappresenta circa il 45% del consumo di riscaldamento). Nella simulazione viene considerata una temperatura interna costante di 23 °C.
La Figura 4.2 mostra che l'influenza dello spessore sulla quantità di calore dispersa attraverso le pareti non è lineare e che i principali risparmi sono ottenuti grazie ai primi centimetri di isolamento.
D'altra parte, il prezzo dell'isolamento (produzione + installazione) spesso dipendente linearmente dallo spessore; va pertanto ricercato uno spessore ottimale che minimizza il costo complessivo (materiale ed energia).
Inoltre, come mostrato nel grafico seguente (Fig. 4.3), l'aerogel ha un comportamento diverso a seconda del tipo di muratura su cui viene applicato. Come si può notare, se l'aerogel viene applicato sulla pietra, come nel caso studio riportato nel capitolo 7, questo porta ad un maggior aumento della riduzione delle dispersioni termiche, rispetto ad altri materiali.
Fig. 4.3 - Spessore dell’aerogel blanket nello studio di influenza dell’isolamento interno sulla riduzione delle dispersioni termiche
4.4.1 Applicazione dell’aerogel su edifici storici
L’aerogel di silice usata come materiale termoisolante può raggiungere un elevato livello di miglioramento energetico senza compromettere i dettagli della costruzione, dettagli che potrebbero essere persi con l'isolamento tradizionale.
Le caratteristiche che rendono l'aerogel di silice un materiale isolante adatto per il retrofit delle costruzioni storiche sono riportate di seguito.
La versatilità di questi materiali consente l'utilizzo sia interno che esterno, con la possibilità di applicare l'aerogel su substrati, costruzioni e composizioni diversi.
La lavorabilità è molto simile a quelle tradizionali, in quanto possono essere utilizzate su supporto non allineato, fuori squadra o addirittura curvo.
L'aerogel silicio è flessibile e può essere utilizzato per qualsiasi soluzione architettonica e di progettazione.
Lo spessore ridotto del materiale consente di mantenere quasi inalterate le dimensioni degli spazi interni.
Il materiale a base di silice può essere utilizzato per edifici nuovi e per l'adeguamento di quelli esistenti in quanto hanno un'elevata prestazione isolante e la loro applicazione è facile, compatibile con le facciate tradizionali in muratura e utilizzando le tecniche ordinarie più note [17].
Fortificazioni militari
Nel caso delle fortificazioni storiche di tipo militare, come i Forti di Genova, si ipotizza di intervenire con l'isolamento termico delle pareti interne, al fine di evitare l'impatto sul paesaggio esterno.
In caso di isolamento esterno, si impediscono eventuali ponti termici causati da necessarie ristrutturazioni strutturali.
L'isolamento delle zone d'ombra è utile per limitare il costo del riscaldamento, mentre limita di poco i costi di raffreddamento.
Il silica aerogel mortar è molto adatto perché è caratterizzato da un elevato fattore di
resistenza al vapore acqueo (valore μ) e da un elevato coefficiente di trasporto del liquido (valore A). Per questo motivo, l'applicazione di questa tecnologia su muri esistenti è adatta agli involucri che presentano umidità dovute alla capillarità, un problema comune negli edifici storici (Ibrahim M., Wurz E., Biwole P.H. Achard P., Sallee H., 2014).
Si deve invece considerare che l'isolamento termico interno può causare diversi problemi di umidità: incapacità di asciugare nel corso degli anni, rischio di condensa, ecc., È quindi necessario applicare anche una barriera al vapore nell'installazione.
In particolare per gli spazi riscaldati a intermittenza, si ottiene un miglior risultato applicando l'isolamento sul lato interno.
Anche quando si utilizza un indice di controllo termico per la modalità senza riscaldamento le migliori prestazioni si ottengono quando si posiziona l'isolamento sulla superficie interna della parete interna [18].
4. ISOLAMENTO TERMICO Caso per caso, per ottenere un elevato livello di comfort, si possono impiegare anche delle vernici con proprietà riflettenti termiche.
Tuttavia, dovrebbe essere preso in considerazione anche il livello di comfort di termico, a seconda del tipo di isolamento coinvolto.
Un isolamento con pareti a bassi valori di trasmittanza U ha anche elevate temperature superficiali di parete e una temperatura ridotta all'interfaccia di parete/isolamento (Walker R., Pavia S., 2015).
Per quanto riguarda l'analisi dei costi, il prezzo dell’aerogel è più alto di quello di un isolamento di tipo tradizionale.
La questione dei costi, per quanto riguarda l'uso di aerogel nell'ambito di edifici storici, può essere ponderata sulla base del valore dell'edificio stesso (che aumenta notevolmente con un intervento di riqualificazione), sui guadagni derivanti dal tipo di attività della destinazione d’uso prevista, sulla durata della vita dell'edificio.